آموزش

کارت های آنالوگ ورودی (AI)

کارت های آنالوگ

در این مقاله نمایندگی محصولات زیمنس می‌خواهیم به کارت های آنالوگ ورودی (AI) بپردازیم. همچنین دقت و حد تفکیک این کارت‌ها، انواع کار‌ت‌های آنالوگ ورودی (AI) و کدهای کارت AI توضیح داده‌ایم.

 

نکات سخت افزاری

کارت های آنالوگ ورودی، سیگنال های الکتریکی آنالوگ را از سنسورها و ترانسمیترهای آنالوگ دریافت نموده و آن ها را به دیتا تبدیل می‌نمایند. در این کارت ها به منظور تبدیل سیگنال الکتریکی به دیتا، از واحدی به نام A/D استفاده می‌شود. سیگنال ورودی به هر کانال کارت آنالوگ، به A/D وارد شده و در آنجا به دیتا که به یک عدد دیجیتال 16 بیتی است تبدیل می‌گردد. لازم است کاربر در برنامه ی خود این عدد را به طور صحیح مقیاس نموده و سپس از آن استفاده نماید.

اگرچه کارت های معمولی فقط دارای یک واحد A/D هستند ولی عمل تبدیل آنالوگ به دیجیتال برای هر کانال در کارت آنالوگ به صورت جداگانه و ترتیبی انجام می‌شود، یعنی در هر لحظه یکی از ورودی ها به واحد A/D ارسال شده و عدد دیجیتال به دست آمده در اختیار PLC قرار می‌گیرد. انواع کارت های آنالوگ ورودی را می‌توان طبق شکل بالا دسته بندی نمود.

 

کلاس فنی ماژول های AI

کارت های آنالوگ ورودی از نظر کلاس فنی به سه دسته تقسیم می‌شوند:

  • ST (Standard): برای کاربردهای معمول و متداول با پارامترهای محدود. پارامترها یا امکانات معمولا برای کل کارت یا یک گروه از کانال ها است. دقت کارت های آنالوگ استاندارد در حد متوسط و حدود % 0.3 است.
  • HF (High Feature): با پارامترها و امکانات بیشتر مانند امکانات Diagnostic که می‌تواند برای هر کانال از کارت به طور جداگانه تنظیم شود. دقت کارت آنالوگ بالا و زیر % 0.1 است.
  • HS (High Speed): برای کاربردهای با سرعت بالا و کم ترین تاخیر در دریافت ورودی ها است. در کارت های آنالوگ از نوع HS، سرعت تبدیل سیگنال بسیار بالاست و دارای قابلیت Isochrone می‌باشد. در مد Isochrone زمان سیکل برنامه با زمان انتقال و پردازش سیگنال در ماژول IO، سنکرون می‌شود.

 

دقت و حد تفکیک کارت آنالوگ ورودی

منظور از حد تفکیک، قابلیت جداسازی است و بیانگر تشخیص کوچکترین تغییر در سیگنال الکتریکی دریافتی توسط کارت می‌باشد. این عدد برحسب بیت بیان شده و بیانگر دقت کارت می‌باشد. این عدد در تمامی کارت های آنالوگ ورودی S7-1500، 16 bit می‌باشد که بیشترین دقت را دارد.

 

کد کارت های AI

هر کارت آنالوگ ورودی، به صورتی کد گذاری شده که نوع آن را می‌توان از روی آن تشخیص داد. روش کد گذاری طبق فرمت جدول زیر است.

 

معرف مشخصه فنی کارتمعرف نوع ورودی معرف تعداد ورودی معرف آنالوگ ورودی
STU/I/RTD/TC4SM 531 AI
HSU/I8SM 531 AI

 

به عنوان مثال کارت SM531 AI 4xU/I/RTD/TC ST را در نظر بگیرید. این کارت از نوع آنالوگ ورودی بوده (AI)، دارای چهار کانال است. کارت های که کد آنها دارای حروف U یا I است ورودی های ولتاژی و جریانی را پوشش داده و نیز حروف RTD یا TC نمایانگر امکان اتصال مستقیم ماژول به سنسورهای دمای RTD یا ترموکوپل هستند.

 

انواع کارت های آنالوگ ورودی (AI)

کارت های آنالوگ ورودی با توجه به نوع و تعداد سیگنال دریافتی به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شوند. انواع این کارت ها در جدول زیر لیست شده است.

 

کد سفارشکد کارت آنالوگ ورودی
6ES7 531-7QD00-0AB0SM531 AI 4X U/I/RTD/TC ST
6ES7 531-7KF00-0AB0SM531 AI 8X U/I/RTD/TC ST
6ES7 531-7PF00-0AB0SM531 AI 8X U/R/RTD/TC HF
6ES7 531-7NF00-0AB0SM531 AI 8X U/I HF
6ES7 531-7NF10-0AB0SM531 AI 8X U/I HS

 

سیم کشی و اتصالات کارت آنالوگ بر اساس نقشه‌ی پشت درب کارت و یا منوال مربوط به کارت انجام می‌شود. در این نقشه حروف و علامت های به شرح جدول زیر دیده می‌شود.

 

توضیح علامت
+24 VDC تغذیه+L
زمین تغذیهM
مثبت و منفی سیگنال آنالوگ ولتاژی برای اتصالبه کانال کارت AIU+/U-
مثبت و منفی سیگنال آنالوگ جریانی برای اتصال به کانال کارت AII+/I-
مثبت ومنفی سیگنال آنالوگM+/M-
مثبت و منفی منبع جریان برای تغذیه RTD یا مقاومتIC+/IC-
منبع تغذیه کانال ورودی AI برای تغذیه ترانسمیتر دو سیمهUV
پایه رفرنس برای مدار آنالوگMANA

 

به طور کلی نوع سیگنال های الکتریکی دریافتی توسط کارت AI به چهار گروه تقسیم می‌شود.

  1. سیگنال های RTD
  2. سیگنال های ولتاژی
  3. سیگنال های ترموکویل
  4. سیگنال های جریانی

الف) سیگنال دریافتی از RTD یا مقاومت

همانطور که در فصل های قبل نیز اشاره شد RTD ها مقاومت های متغیری هستند که برای اندازه گیری دما به کار می‌روند. تغییرات دما منجر به تغییرات مقاومت RTD شده و توسط کارت ورودی حس می‌گردد. کارت های که RTD را می‌گیرند معمولا می‌توانند مقاومت خالص متغیر یعنی R را نیز بگیرند زیرا اصول تغییرات در هر دو یکسان است.

RTD و Resistor می توانند به صورت سه سیمه یا چهار سیمه به کارت متصل شوند، دقت چهار سیمه بالاتر است و اهم مسیر در اندازه گیری دیده نمی‌شود ولی در سه سیمه مقاومت یک رشته سیم در اندازه گیری دیده می‌شود. RTD ها از نظر جنس، دو مدل پلاتینی (Pt) و نیکل (Ni) دارند و از نظر بازه ی اندازه‌گیری و دقت به دو نوع Standard و Climate تفکیک می‌شوند.

نوع Climate بازه‌ی کمتر و دقت بیشتری دارد. علاوه بر RTD و R می‌توان سیگنال PTC را نیز به صورت دو سیمه استفاده کرد PTC نیز مقاومت نیمه هادی است که با تغییر دما تغییر می‌کند ولی تغییرات آن غیر خطی و بسیار سریع است و در موارد حساس مانند درایوها و سیم پیچی ترانس و موتور و … به کار می‌رود.

برخی از انواع سیگنال های مقاومتی و RTD که در کارت های آنالوگ ورودی S7-1500 قابل تنظیم است در جدول زیر آورده شده است.

 

رنج سیگنال نوع سیگنال
PTCResistor

(2-wire connection)

150 Ω

300 Ω

600 Ω

6000 Ω

Resistor

(3-wire connection)

(4-wire connection)

PT100 Standard/climate

PT200 Standard/climate

PT500 Standard/climate

PT1000 Standard/climate

Ni100 Standard/climate

Ni1000 Standard/climate

LG-Ni1000 Standard/climate

Thermal resistor RTD

(3-wire connection)

(4-wire connection)

 

RTD ها و مقاومت ها و PTC ها را می‌توان 2 سیمه یا 3 سیمه یا 4 سیمه به کارت آنالوگ متصل نمود.

از منبع جریان ترمینال های IC+ و IC- جریانی به مقاومت داده می‌شود و از ترمینال های M- و M+ ولتاژ اندازه گیری می‌شود. با تقسیم ولتاژ بر جریان مقدار مقاومت به دست می‌آید. در حالت چهار سیمه هر چهار سیم متصل اند ولی در سه سیمه یک ترمینال و در دو سیمه دو ترمینال روی کارت جامپر می‌شوند.

 

سیگنال ولتاژی

این سیگنال از ترانسدیوسرها و ترانسمیترها دریافت می‌گردد و دارای بازه های استاندارد است. برخی از انواع آن که در کارت های آنالوگ ورودی S7-1500 قابل تنظیم است و عبارت اند از:

  • +/- 50 mV
  • +/- 80 mV
  • +/- 250 mV
  • +/- 500 mV
  • +/- 1 V
  • 1 V to 5 V
  • +/- 2.5 V
  • +/- 5 V
  • +/- 10 V

تغذیه ی 24 V به L+ و M متصل شده و برای هر سیگنال دو ترمینال در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال برای اتصال به کانال 0 سیگنال آنالوگ با رعایت پلاریته به ترمینال های شماره ی 3 و 4 متصل می‌گردد.

توصیه می‌شود شیلد کابل ها به زمین وصل شود و سیم های با پلاریته‌ی منفی به Mana متصل شده و با اتصال به M زمین شود.

 

سیگنال دریافتی از ترموکوپل

این سیگنال به صورت میلی ولت از ترموکوپل دریافت می‌شود. ترموکوپل های نوع B، N، S، R، E، T، K، J را می‌توان به کارت مربوط به ترموکوپل به طور مستقیم یا با سیم هم جنس متصل نمود.

در اتصال ترموکوپل دو روش وجود دارد:

اتصال مستقیم یا سیم هم جنس بدون جبران ساز: این روش جبران سازی داخلی است و لازم است خود ترموکوپل نیز زمین شود. بهتر است کارت AI در دمای پایین نگه داشته شود تا دقت مناسب را ارائه دهد (به دلیل تشکیل ترموکوپل در ترمینال های کارت).

اتصال با سیم مسی و جبران ساز: در این حالت سیم های ترموکوپل از بیرون و از محل Cold Junction به سیم مسی متصل می‌شوند و سیم مسی به ترمینال های کارت آنالوگ وصل می‌گردد. پس در نقطه cold junction، ترموکوپل تشکیل می‌شود. برای جبران خطا یک RTD در Cold Junction نصب کرده و به ترمینال های Comp وصل می‌شود تا خطا را جبران کند. به این روش جبران ساز بیرونی گفته می‌شود. دقت کنید خود ترموکوپل ها به زمین وصل نشده است.

در هر دو روش به اتصالات نقطه چین دقت شود.

 

سیگنال جریانی

این سیگنال از ترانسدیوسرها و ترانسمیترها دریافت می‌شود. برخی از انواع آن عبارت است از:

  • 0- 20 mA
  • 4- 20 mA
  • +/- 20 mA

به طور کلی ترانسمیترهای دارای خروجی جریان به دو دسته ی زیر تقسیم می‌شوند.

  • ترانسمیتر چهار سیمه (Self- Powered) – تغذیه از بیرون
  • ترانسمیتر دو سیمه (Loop- Powered) – تغذیه توسط همان سیم 4- 20 mA

ترانسمیترهای چهار سیمه برای روشن شدن دارای ورودی تغذیه بوده و مقادیر به دست آمده توسط سنسور را با استفاده از خروجی آنالوگ انتقال می‌دهند. توصیه می‌شود پایه های منفی را به رفرنس Mana و نیز زمین متصل کنید.

ترانسمیترهای دو سیمه ورودی تغذیه‌ی مجزا ندارند ترمینال های کارت دارای ولتاژ است و به محض اتصال، تغذیه ترانسمیتر برقرار می‌شود بنابراین تغذیه ی ترانسمیتر و سیگنال جریانی آن روی یک زوج سیم قرار می‌گیرند. در این حالت پایه های منفی به Mana وصل نمی‌شوند.


دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.